重慶某電信大樓消防給水穩壓方式的選擇

童愚

（機械工業第三設計研究院 重慶 400039）

重慶某電信大樓建筑高度95m，地上24層（含3層夾層），地下兩層，本大樓功能復雜，設備投資較多，建筑物的安全很重要，這就對消防給水設計提出了較高的要求。通常確保撲滅初期火災，是消防給水設計有效性的關鍵，因此，如何選擇好滿足初期滅火水量水壓的穩壓增壓裝置就成了我們亟待解決的問題。

我國現行規范 《高層民用建筑防火設計規范》（GBJ50045—95）（以下簡稱“高規”）第7.4.7.2條，對是否設增壓裝置作了如下規定，即“高位消防水箱的設置高度應保證最不利點消火栓的靜水壓力；當建筑高度不超過100m時，高層建筑最不利點消火栓靜水壓力不應低于0.07MPa……當高位消防水箱不能滿足上述靜壓要求時，應設增壓設施”。重慶某電信大樓23夾層設置的消火栓為最不利消火栓，由于場地所限，屋頂消防水箱只能設于二十四層，故消防水箱不能滿足靜水壓力要求，消防給水系統應設增壓設施。這點對自動噴水系統同樣適用。設了穩壓增壓裝置的消防給水系統與高壓系統相比，不像后者在消防全過程都能有效保證水壓和水量要求，但是，消防水壓在消防主泵啟動前，可以靠啟動穩壓增壓裝置來保證，消防用水的水量也可以得到若干程度的滿足，用于滅火較普通臨時高壓給水系統及時、可靠、有效，是介于高壓與臨時高壓系統兩者之間的一種系統，所以有人稱之為穩高壓系統，這里所謂的增壓裝置，我們也稱之為穩壓裝置。現在就本工程對穩壓方式的選擇，談談幾點思考。

1 穩壓的主要方式

穩壓裝置按設置的位置分，通常有兩種情況，即一種設置于屋頂的消防水箱旁；一種設置于地下層，安裝在消防水泵房內。對于后一種方式，由于穩壓裝置要滿足消防最不利點壓力，故穩壓泵揚程較高，電機功率大，且氣壓罐容積也較大；對于前一種方式，相比之下，有效地利用了氣壓罐容積，降低罐內壓力，減少穩壓泵電機功率，從而有利于減少工程投資和減少運行費用，便于管理維護。因此，除非是屋頂位置緊張或建筑功能不允許，一般情況下，宜采用消防穩壓裝置設于屋頂的方式。以下我們討論的均為屋頂消防穩壓方式，常見的屋頂消防給水穩壓主要有以下三種方式。

1.1 第一種方式

即單設穩壓泵（增壓泵），而不設氣壓罐的情況。穩壓泵的作用主要是維持消防系統管網的壓力，對系統起到穩壓，同時也要滿足最不利點滅火設施初期火災所需的壓力和流量要求。《高規》第7.4.8.1條對增壓水泵（這里稱穩壓泵）的出流量有以下規定：“增壓水泵的出流量，對消火栓給水系統不應大于5L/S，對自動噴水滅火系統不應大于1L/S”。（這個規定的前提條件之一是消防給水系統無氣壓水罐）。即穩壓泵流量在消火栓給水系統可按一個消火栓出流量計算，自噴系統可按一個噴頭出流量計算，穩壓泵啟停通過設于管道上的壓力傳感器控制；對于這種作法，由于水幾乎不具備可壓縮性，所以常出現穩壓泵一開壓力就上去，稍有泄漏壓力又迅速下降，穩壓泵頻繁啟動，容易損壞。

1.2 第二種方式

即小穩壓泵配大氣壓罐，這種穩壓方式主要以氣壓罐為主；消防主泵啟動前滅火設施所需的水量和水壓由氣壓罐來滿足（即滿足消防初期火災的水量和水壓）。這里氣壓罐不僅是貯存消防初期的滅火用水量，而且還要貯存一定水量來配合控制穩壓泵的啟停，因此罐容積要大，而穩壓泵作用主要是維持氣壓罐內的壓力和保證罐內貯水量。設于氣壓罐上的水位和壓力傳感器可以控制穩壓泵啟停和消防主泵啟動。

1.3 第三種方式

即大穩壓泵（增壓泵）配小氣壓罐，這種形式主要以穩壓泵為主，穩壓泵對出流量的要求基本上與第一種方式相同，其作用也一樣。氣壓罐不貯存消防初期滅火用水量，僅貯存一定量的穩壓水來控制穩壓泵啟停以緩解穩壓泵啟停過于頻繁，其作用重在穩壓，這里氣壓罐僅貯存穩壓水，容積小，所以，我們稱之為大泵配小罐。

2 穩壓方式的確定

對比以上三種方式，由于第一種形式穩壓泵頻繁啟動容易損壞，導致穩壓失效，所以工程設計一般不予采納，這里，我們也不作更進一步的研究。下面我們針對后兩種情況，通過對本工程的計算分析來討論最佳穩壓方案。

2.1 針對第二種方式

這種方式以氣壓罐為主，故首先確定氣壓罐的主要參數：Vx、Vs、P1、P2、P3、P4等，如圖1。

圖1 氣壓水罐

Vx——消防貯水容積；Vs——穩壓水容積；

Vop——緩沖水容積；Vo——不動水容積；

P0——起始壓力；P1——最低工作壓力；

P2——最高工作壓力，消防主泵啟動壓力；

P3——穩壓水容積下限壓力，穩壓泵啟動壓力；

P4——穩壓水容積上限壓力，穩壓泵停止壓力；

h1——消防貯水容積下限水位；

h2——消防貯水容積上限水位；

h3——穩壓水容積下限水位；

h4——穩壓水容積上限水位。

氣壓罐消防貯水容積在《高規》中有規定，根據其中的第7.4.8.2條“氣壓水罐的調節水量宜為450L”，條文說明中解釋為兩支水槍和5個噴頭30S的用水量，即消火栓系統為2X5X30=300L，自動噴水系統為5X1X30=150L，二者共為450L。而P1實際上是指滿足消防初期火災最不利點滅火設施所需的水壓，一般由幾何高差、最不利點所需出流水頭、管網總水頭損失三部分組成；這里幾何高差，與出流水頭均易確定，總水頭損失則應按火災初期水量計算，而不是按系統流量計算，這樣計算出的P1較小，這就使消防給水系統，在滿足了消防要求的情況下，平常仍處于一個較低壓力狀態。

至于P2、P3、P4可以根據我國有關設計院的經驗來確定，即P2—P1≤0.13MPa，P3—P2≈0.02MPa，P4—P3≈0.05MPa，h4—h3區段的水容積為穩壓水容積，一般可按不少于50L確定，h3—h2區段的水容積為緩沖水容積，可根據P3—P2≈0.02MPa對應的容積差計算確定。

其次確定穩壓泵的揚程和流量，穩壓泵揚程不應小于P4，即確定了P4就確定了揚程，由于穩壓泵流量相當小，且小于1L/S，而實際上小于1L/S泵較難選擇，所以按1L/S計算穩壓泵的出流量。

由于考慮到自動噴水系統與消火栓系統最不利點所要求的壓力和流量均不同，所以本工程采取兩個系統分別設置穩壓裝置的方式，以下我們就這兩個系統來計算穩壓方案。

方案a：消火栓系統（這里僅計算補氣式氣壓水罐）

氣壓罐容積V=βVx/（1—αb）

β——氣壓水罐容積系數，選擇立式罐，即系數為1.10；

αb——工作壓力比，即（P1+0.098）/（P2+0.098）（所述壓力均為表壓）

經計算P1=0.21MPa，已知Vx為0.30m3

從而得出P2=0.28MPa，P3=0.30MPa，P4=0.35MPa，V=1.8m3。

這樣氣壓罐按H=1.8m，Φ1200選型，穩壓泵按揚程為0.35 MPa，流量Q≤1L/S選型。

方案b：自動噴水系統

同上，已知Vx=0.15m3，計算得出P1=0.11MPa，

所以有P2=0.18MPa，P3=0.20MPa，P4=0.25MPa，V=0.66m3。

這樣氣壓罐按H=1.3m，Φ800選型，穩壓泵按揚程為0.25 MPa，流量Q≤1L/S選型。

2.2 針對第三種方式

氣壓罐未貯存消防初期用水量，即Vx=0，其余參數均采取上述方法確定。

方案C：消火栓系統

同樣，P1=0.11MPa，得出P3=0.23MPa，P4=0.28MPa（P2不存在）。

Vs=0.06 m3，Vop=0.04 m3，V=0.60m3。

這樣，氣壓罐按H=1.2m，Φ800選型，穩壓泵按揚程為0.28 MPa，流量Q=5L/S選型。

方案d：自動噴水系統

P1=0.11MPa，得出P3=0.13MPa，P4=0.18MPa（P2不存在）。

Vs=0.05 m3，Vop=0.03 m3，V=0.35m3。

氣壓罐按H=1.2m，Φ600選型，穩壓泵按揚程為0.18 MPa，流量Q≥1L/S選型。

綜合以上四種方案，首先分析消火栓系統的a、c兩方案。比較之下，a方案氣壓罐較大，而本工程屋頂二十四層位置較緊張，且為懸挑梁承重，結構負荷不能太大，故采用a方案有兩種不利因素，一是安裝難度大，二是增加結構負荷，增加了工程造價；而c方案，罐內容積未貯存初期消防水，但是真正火災發生時，在鋪設完水帶并出水槍滅火這段時間，實際上，增壓泵（即所謂的大穩壓泵）已經啟動，在準備出第二支水槍時，已超過30S，即地下層消防主泵也早已啟動，所以，這是貯存初期消防水，必要性不大。顯然采用c方案有兩個優點：一是減少了穩壓裝置的占地面積，安裝較容易；二是減少了氣壓罐的容積，也就減少了一次性投資。所以，消火栓系統c方案比較適宜。

其次分析自動噴水系統的b、d方案，比較b、d兩方案穩壓泵揚程與氣壓罐容積大小均差距不大，但對于自動噴淋系統，噴頭一旦爆開則需要一定量的有壓水立即噴出滅火，不象消火栓要有鋪設水帶的時間。所以要提高自動噴水系統的可靠性，氣壓罐貯存初期消防水有必要，也就是說，采用b方案比較合適。

3 結論

通過上面的分析比較，我們得出：穩壓方式消火栓給水系統宜采用增壓泵（即大穩壓泵）配小氣壓罐；自動噴水系統宜采用貯存初期消防水量的氣壓罐配穩壓泵。當然，對于不同的工程，也未必一成不變，但是為確保初期滅火的有效性，對一個需要設穩壓增壓裝置的高層建筑選擇穩壓方式時，都應該作一定的技術、經濟比較。

[1]GB 50084-2001,自動噴水滅火系統設計規范[S].

[2]GB 50045-95,高層民用建筑設計防火規范[S].